[發明專利]一種高效地源熱泵地埋管換熱器

在審

• 申請號: 202210092078.5
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114383332A
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 楊偉;王孟柔;田勁夫;劉偉搖;徐嚴;韓蕊;韓樹國;楊國忠;趙大春;吳靜宜;張樹光
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: F24T10/15
• 分類號: F24T10/15;F28F9/24;F28D15/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 徐笑陽

本發明提供一種高效地源熱泵地埋管換熱器，包括工質循環裝置、磁力發生裝置，以及保溫層；所述工質循環裝置包括U型管，管內設有循環工質，所述U型管分為兩個直管段，以及連接兩個直管段的彎管段，直管段的兩個端頭分別為循環工質入、出口；所述磁力發生裝置包括磁體及設置在磁體外側的屏磁罩，所述磁力發生裝置設置在U型管的直管段上；所述保溫層設置在U型管的入、出口處。本發明的換熱系統解決了地源熱泵系統在寒冷氣候條件下地表土壤溫度低、室內環境與室外環境溫差大、室內環境需要供暖熱量大情況下循環效率低、提供熱量不足、室內溫度低等問題。

技術領域

本發明涉及地源熱泵技術領域，具體為一種高效地源熱泵地埋管換熱器。

背景技術

隨著社會發展，文明的進步，能源問題被越來越多的關注起來，地埋管地源熱泵技術作為節約能源的一種措施應用較多，遍布廣泛，地埋管換熱器是地源熱泵系統與土壤換熱的重要部件，換熱能力的高低直接影響地源熱泵系統效率高低和室內供暖效果。

我國北方處于寒冷地區，熱泵系統在冬季制熱運行時，地埋管從土壤中連續的換熱造成土壤溫度降低；受到鉆孔尺寸的限制，換熱器出口處循環液溫度高于入口循環液溫度、出口臨近土壤溫度、回填材料溫度，會發生不同程度的熱短路現象，而且越靠近出口附近，熱短路現象越嚴重，從而對地埋管換熱器的性能產生了影響；地埋管循環液流速低時管內循環液呈現層流狀態，僅在入口、換熱器管轉折處、出口呈現紊流狀態，導致換熱量降低；地埋管內循環液橫截面溫度分布不均，管壁溫度較高，中心溫度較低，靠近管壁的一薄層流體始終保持著層流，換熱效率長期以來未能有所突破，傳熱系數較小，換熱效率較低。因此，開發一種高效地源熱泵地埋管換熱器換熱系統。

發明內容

本發明的技術任務是針對以上現有技術的不足，提供一種高效地源熱泵地埋管換熱器，特別是一種寒冷氣候條件下地表土壤溫度低、室內環境與室外環境溫差大、室內環境需要供暖熱量大的地源熱泵地埋管換熱器，解決地源熱泵系統在寒冷氣候條件下地表土壤溫度低、室內環境與室外環境溫差大、室內環境需要供暖熱量大情況下循環效率低、提供熱量不足、室內溫度低等問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種高效地源熱泵地埋管換熱器，包括工質循環裝置、磁力發生裝置，以及保溫層；所述工質循環裝置包括U型管，管內設有循環工質，所述U型管分為兩個直管段，以及連接兩個直管段的彎管段，直管段的兩個端頭分別為循環工質入、出口；所述磁力發生裝置包括磁體及設置在磁體外側的屏磁罩，所述磁力發生裝置設置在U型管的直管段上；所述保溫層設置在U型管的入、出口處。

進一步地，以體積分數計，所述循環工質組分含量為：0.45％～0.53％Fe₂O₃粒子，37％～47％乙二醇，余量為水；該循環工質的流速為0.2～1.2m/s；其中，循環工質的流速與Fe₂O₃粒子的體積分數呈負相關。

進一步地，所述Fe₂O₃粒子直徑為90nm～110nm，優選為100nm。

進一步地，所述U型管的直管段以6.18m為一個循環工質變化波段，每個循環工質變化波段內設有三個磁力發生裝置，三個磁力發生裝置中第二個與第一個距為1.55m，第三個與第二個間距為1.91m；第一個磁力發生裝置的磁感應強度為0.5T，第二個磁感應強度為0.48T，第三個磁感應強度為0.46T；每個循環工質變化波段內的磁力發生裝置固定在直管段同側，相鄰循環工質變化波段內的磁力發生裝置固定在該直管段的對側。

進一步地，入口側直管段內，第一個磁力發生裝置距入口距離為16.18m，最后一個磁力發生裝置距彎管段距離小于6.18m；出口側直管段內，第一個磁力發生裝置距彎管段距離為16.18m，最后一個磁力發生裝置距出口距離小于6.18m。

進一步地，每個磁力發生裝置內包括三個磁體，所述磁體為扇環形，且磁化方向相同的永磁體，扇環形的圓心角為60°。